片上网络拓扑结构的研究与分析

论文摘要

随着片上系统(System on Chip, SoC)的不断发展，芯片集成度越来越高，SoC设计中广泛采用的共享总线结构，已经无法满足系统的需要，片上网络(Network onChip, NoC)技术应运而生，核心思想就是将计算机网络技术移植到芯片设计中来，用网络取代传统的总线结构。拓扑结构是片上网络技术研究的重要领域之一，片上网络的拓扑结构体现了网络中的通讯节点在芯片中分布和连接的方式。拓扑结构的选择对系统性能和芯片面积具有显著的影响。本文对片上网络的拓扑结构进行了研究，主要的工作包括如下两个方面：1.分析研究了环形、Octagon、Mesh、Torus等平面拓扑结构，针对Octagon结构在扩展中单点失效和布线复杂度高的缺陷，提出Octagon环形（OR）结构。该结构具有8m个节点，除外层环上各核连接3个相邻节点外，内层环上各节点均与4个相邻节点连接。针对OR结构的特点，设计并实现了基于最短路径的路由算法。通过OPNET仿真分析表明，OR在网络延迟、吞吐、等方面性能良好，是一种拓扑结构简单、平面的、对称的并且具有良好扩展性的拓扑结构。2.在对3D拓扑结构的研究基础上，提出了3D Octagon双环拓扑结构。该结构在OR平面结构的基础上，参照3D Mesh各节点在垂直方向的连接方式实现了Octagon双环结构的三维扩展，有效地减少了芯片面积，本文将3D Octagon双环结构和3D Mesh、3D Torus结构进行了对比仿真分析。结果表明，3D Octagon双环结构在特定实验条件下有着较低的延迟和较高的吞吐。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 片上网络概述
• 1.1.1 片上网络的提出背景
• 1.1.2 片上网络的基本组成结构
• 1.2 片上网络的关键技术
• 1.2.1 拓扑结构
• 1.2.2 交换机制
• 1.2.3 路由算法
• 1.3 论文内容及结构
• 第二章 片上网络的拓扑结构
• 2.1 拓扑结构的基本概念
• 2.2 现有拓扑结构
• 2.2.1 规则拓扑结构
• 2.2.2 非规则拓扑结构
• 2.2.3 当前研究的特点分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 OCTAGON 环形网络拓扑结构
• 3.1 拓扑结构介绍
• 3.1.1 Octagon 网络拓扑结构
• 3.1.2 环形网络拓扑结构
• 3.1.3 Octagon 环形网络拓扑结构
• 3.2 路由算法设计
• 3.2.1 算法介绍
• 3.2.2 基于最短路径的路由算法
• 3.3 仿真分析
• 3.3.1 平台介绍
• 3.3.2 仿真参数设置
• 3.3.3 仿真结果分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 3D OCTAGON 双环网络拓扑结构
• 4.1 拓扑结构介绍
• 4.1.1 3D 拓扑结构
• 4.1.2 3D Octagon 双环网络拓扑结构的性能分析
• 4.1.3 网络直径
• 4.1.4 路由器结构
• 4.2 路由算法设计
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 仿真设置
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果